Hur man håller låg temperatur: val av radiator och tillämpningsgrund
De flesta elektroniska komponenter, särskilt mikroprocessorer och mikrokontroller, fortsätter att öka i termisk densitet på grund av den fortsatta krympningen av deras storlek. Med tanke på att förväntad livslängd, tillförlitlighet och prestanda är omvänt proportionella mot enhetens driftstemperatur, är resultatet av denna utveckling att termisk design och hantering har blivit en stor designfråga. Därför är det designerns's ansvar att ha en klar förståelse för effektiv värmehantering och tillgängliga radiatorlösningar för att hålla utrustningens driftstemperatur inom det intervall som ställts in av leverantören.
Funktionsprincipen för kylaren är att öka ytan på enheten som utsätts för kylvätskan (luft). Om radiatorn installeras på rätt sätt kan den sänka temperaturen på utrustningen genom att förbättra överföringen av värme över fastluftsgränsen till den kallare omgivande luften.
Den här artikeln beskriver valet av kylfläns och ger vägledning om korrekt design, komponentval och bästa praxis för att uppnå utmärkt termisk prestanda. Den beskriver också Ohmite's kylarlösning som ett exempel. De flesta elektroniska komponenter, särskilt mikroprocessorer och mikrokontroller, fortsätter att öka i termisk densitet på grund av den fortsatta krympningen av deras storlek. Med tanke på att förväntad livslängd, tillförlitlighet och prestanda är omvänt proportionella mot enhetens driftstemperatur, är resultatet av denna utveckling att termisk design och hantering har blivit en stor designfråga. Därför är det designerns's ansvar att ha en klar förståelse för effektiv värmehantering och tillgängliga radiatorlösningar för att hålla utrustningens driftstemperatur inom det intervall som ställts in av leverantören.
Funktionsprincipen för kylaren är att öka ytan på enheten som utsätts för kylvätskan (luft). Om radiatorn installeras på rätt sätt kan den sänka temperaturen på utrustningen genom att förbättra överföringen av värme över fastluftsgränsen till den kallare omgivande luften.
Den här artikeln beskriver valet av kylfläns och ger vägledning om korrekt design, komponentval och bästa praxis för att uppnå utmärkt termisk prestanda. Den beskriver också Ohmite's kylarlösning som ett exempel.
Effekten i en integrerad krets (IC) försvinner i form av värme från den aktiva transistorövergången, och temperaturen på korsningen är proportionell mot den förbrukade effekten. Tillverkaren anger den maximala korsningstemperaturen, men den är vanligtvis runt 150°C. Att överskrida denna korsningstemperatur kommer i allmänhet att orsaka skador på enheten, så designern måste hitta sätt att överföra så mycket värme som möjligt från IC. För att göra detta kan de lita på en ganska enkel modell för att mäta värmeflödet. Denna modell liknar den elektriska beräkningen av Ohms lag, baserad på begreppet termisk resistans, med symbolen θ.
Termiskt motstånd avser det motstånd som uppstår när värme strömmar från ett medium till ett annat. Dess enhet är Celsius/Watt (°C/W), vilket definieras enligt följande:
i:
θ är det termiska motståndet över den termiska barriären i ℃/W. ∆T är temperaturskillnaden över den termiska barriären i ℃.
P är den effekt som förbrukas av noden, i watt. Från den fysiska layouten av IC och kylflänsen finns det många termiska gränssnitt. Den första är mellan korsningen och fallet med IC och representeras av det termiska motståndet θjc.
Kylflänsen är bunden till IC med hjälp av termiskt gränssnittsmaterial (TIM) såsom termisk pasta eller termisk tejp för att förbättra värmeledningsförmågan mellan de två enheterna. Detta värmeledande skikt har i allmänhet ett mycket lågt värmemotstånd, vilket är en del av det termiska motståndet från skalet till kylflänsen och representeras av θcs. Den sista nivån är gränssnittet mellan radiatorn och den omgivande miljön, betecknad med θsa.
Termiskt motstånd är som motstånd i elektroniska kretsar, som är seriekopplade. Summan av alla termiska resistanser är det totala termiska motståndet från korsningen till den omgivande luften.
Generellt kommer IC-leverantörer implicit eller explicit att specificera det termiska motståndet från korsning till fall. Denna specifikation kan tillhandahållas i form av maximal höljestemperatur, vilket eliminerar ett av de termiska motståndselementen. Konstruktören av applikationens IC har ingen kontroll över de termiska resistansegenskaperna för kopplingen till höljet. Konstruktören kan dock välja TIM- och kylflänsfunktionerna för att kyla IC helt och hålla korsningstemperaturen under den angivna maxtemperaturen. Generellt sett gäller att ju mindre termiskt motstånd hos TIM och kylflänsen är, desto lägre är höljestemperaturen på IC som ska kylas.
Ur värmeavledningsperspektiv är det relativt enkelt att välja en radiator. Som nämnts ovan ger Ohmite BG-seriens kylfläns en genomförbar lösning på kylproblemet med IC:er i BGA-paket.
